Le tecnologie di stampa 3D per la prototipazione

Prototypes
Gennaio 19, 2024

Per realizzare un prototipo che soddisfi le esigenze del settore nel quale deve essere adoperato, ricorrere alla stampa 3D è spesso la soluzione migliore. Quest’ultima rientra fra le tecniche di stampa additive, ossia tecnologie che permettono di realizzare un oggetto strato dopo strato (layer by layer) partendo direttamente da un modello digitale.

Tutte le tecnologie di stampa 3D diretta producono modelli approssimati definiti 2.5D, ovvero ottenuti dall’unione di una serie molto fitta di sezioni discrete dette layer.

Selezionare la tecnologia di stampa 3D più indicata per la prototipazione non è però semplice, visti i numerosi fattori che possono influenzare la scelta. Dal materiale di partenza alle caratteristiche tecniche ed estetiche che si vogliono conferire al prototipo; dalla complessità del pezzo che si vuole realizzare ai tempi effettivi di stampa. A seconda di ogni variabile elencheremo, nel corso di questo articolo, le diverse tecnologie di stampa 3D ideali per la prototipazione.

Indice

Sinterizzazione Laser Selettiva (SLS)

Con questa tecnologia di stampa tridimensionale è possibile realizzare prototipi funzionali partendo da polimeri termoplastici che, sottoforma di polveri, vengono fusi selettivamente insieme da un laser ad alta energia e solidificati in oggetti privi di veri e propri limiti dimensionali. Perché scegliere proprio questa tecnologia? Per la creazione di prototipi di grandi dimensioni e dalle geometrie complesse, le cui sottoparti possono essere stampate già provviste di giunzioni meccaniche per essere assemblate insieme in seguito.

I materiali di partenza per lo stampaggio SLS sono, appunto, polveri termoplastiche che possono essere caricate con ulteriori materiali (alluminio, vetro, carbonio) per incentivare le prestazioni del prototipo dal punto di vista termico-resistenziale.

Il livello di dettaglio garantito dalla tecnologia SLS varia naturalmente in base alla stampante 3D utilizzata. Ecco che optare per una macchina di ultima generazione come quella presente nei laboratori Prototypes diventa fondamentale non solo per ottimizzare i tempi di stampa ma soprattutto per migliorare l’output finale, e ottenere prototipi con dettagli regolari e precisi.

Vantaggi

Riproduzione di dettagli minuti e complessi
Finiture superficiali simili al vetro, altamente definite e quasi lisce
Caratteristiche dei materiali vicine agli standard industriali

Limiti

Scelta limitata dei materiali di partenza (PA12 con varie cariche)
Le caratteristiche meccaniche dei prototipi sono una frazione del panorama industriale dei polimeri oggi conosciuti

Settori d’impiego

Automotive
Elettrotecnica
Appliance
Alimentare

Sinterizzazione Laser Diretta dei Metalli (DMLS)

Sfruttando le polveri di materiali quali alluminio, acciaio, INOX e titanio, è possibile realizzare prototipi in metallo molto complessi nella forma ma a bassa massa, pressoché impossibili da ottenere attraverso le tecniche di stampa 3D più elementari, specie se si vuole salvaguardare un alto livello di dettaglio.

Rientrando anch’essa nei processi di Powder Bed Fusion – in cui una fonte di energia termica fonde selettivamente insieme le particelle di polvere polimerica in un oggetto solido, la tecnologia DMLS sfrutta la potenza di un laser per sinterizzare i granelli del materiale metallico prescelto in forme 3D solide. Come anticipato, la tecnica DMLS è indicata per la realizzazione di prototipi e parti funzionali complesse, ottimizzando i tempi di produzione e consegna del progetto finito. In virtù della loro robustezza, precisione e complessità, i prototipi stampati con tecnologia DMLS trovano infine impiego nei settori aerospaziale, automotive e medico.

Vantaggi

Realizzazione di prototipi e parti funzionali complesse
Tempi di produzione rapidi

Limiti

Viste le elevate energie in gioco, realizzare un pezzo senza distorsioni può richiedere varie prove e/o anche l’uso di supporti con l’obiettivo di rendere stabile la forma.

Settori d’impiego

Micromeccanica
Alimentare
Racing
Aerospaziale

Stereolitografia (SLA)

Appartenente al gruppo del Direct Printing, questa tecnica di stampa 3D diretta produce modelli approssimati definiti 2.5D, ovvero ottenuti dall’unione di una serie molto fitta di sezioni discrete dette layer.

Nel campo della prototipazione la stereolitografia è l’ideale per costruire particolari mediante l’addizione selettiva del materiale in forma liquida. Il materiale viene lavorato all’interno di una vasca da un laser ultravioletto che lo va a rinsaldare costituendo l’oggetto desiderato.

Sebbene si sia parlato di modelli approssimati, l’aggettivo usato non deve trarre in inganno: grazie all’addizione di strati molto sottili e raffinati, i modelli presentano un grado di dettaglio elevato a prescindere dalle loro dimensioni. Gli oggetti da stereolitografia (come dime e calibri) vengono realizzati in resina termoindurente, un materiale facile da rifinire e con superfici molto lisce, per costruire particolari rigidi sia opachi che trasparenti, dotati di importanti caratteristiche meccaniche specie se il materiale di partenza è arricchito da ceramica.

Vantaggi

Riproduzione di pezzi complessi e di grandi dimensioni
Partendo da materiale liquido il layer costruttivo può essere davvero sottile
La levigabilità delle superfici è molto buona essendo il materiale denso al 100%

Limiti

Pochi materiali di partenza e tutti con matrice chimica specifica (essendo dei foto polimeri e non dei termoplastici)
Materiali solitamente fragili

Settori d’impiego

Industria automatizzata dove occorrono dime e posaggi efficienti.
Modellismo e prototipi estetici

In base al prototipo che si desidera realizzare sarà dunque opportuno scegliere la tecnologia di stampa 3D più efficace cercando la soluzione che meglio bilancia i requisiti tecnici di progetto con tempo e costo.
I casi più ostici potrebbero richiedere approcci in più fasi, utilizzando la stampa 3D per creare un oggetto Master, da cui poi ottenere uno stampo siliconico dove colare resine poliuretaniche (vacuum casting).
Il vantaggio è che lo spettro delle resine poliuretaniche è molto ampio ed è il più simile possibile ai polimeri industriali, almeno nelle caratteristiche meccaniche ed estetiche. Essendo però una tecnica composta, ha tempi e costi superiori che spesso si giustificano con delle piccole tirature (da 10 a 25 pz).

Per questo se si è in difficoltà ci si può avvalere anche del parere esperto di un tecnico specializzato che vi potrà guidare nelle molteplici scelte. Dalla stereolitografia alle tecniche di Powder Bed Fusion (SLS e DMLS), il team Prototypes saprà indirizzarti verso la tecnica di stampa 3D più adatta alle tue esigenze. Contattaci nell’apposita sezione del sito o invia una mail all’indirizzo tecnico@prototypes.it.

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